拟南芥lincRNAs的多态性与进化分析

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长链非编码RNAs (lncRNAs)是新发现的一类非编码RNAs,长度大于200个核苷酸,近年来非编码RNAs已经成为生命科学研究的热点。LncRNAs主要在转录和转录后水平进行基因的表达调控,并以诱饵分子、支架分子、引导分子和信号分子在许多生命过程中发挥作用。相对于lnRNAs在人类和动物中的研究,植物lncRNAs的研究较少,目前主要集中在拟南芥、水稻和玉米中。已有的研究表明,植物lncRNAs可以参与生长发育、生物和非生物胁迫等很多生物学过程。随着高通量测序技术的飞速发展,越来越多的lncRNAs正在被发现,尤其是位于基因间区的长链非编码RNAs (lincRNAs).与另一大类长度为20-2Int的微小LNAs (miRNAs)相比,目前对lincRNAs功能和进化的研究较少,需要在更多的植物中进行深入探究。LincRNAs可以作为miRNAs靶标或者靶标模拟,参与niRNAs介导的基因调控网络(miRNA-mRNA-lincRNA)。单核苷酸多态性(SNP),是揭示动植物重要生物学性状和复杂疾病的重要研究手段,目前SNP分析技术已经在包括动植物在内的编码蛋白基因中取得很大进展,但对于非编码基因的研究尚少,特别在植物1incRNAs的研究方面。鉴于lincRNAs的重要调控作用,很有必要开展lincRNAs方面的系统研究。拟南芥(Arabidopsis thaliana)是丌花植物研究的模式植物,植株小、子代繁殖快、容易培养的很多优点使得它在很多领域的研究中发挥重要的作用,比如基因表达调控、遗传与表观遗传学以及分子进化等。拟南芥完善的基因组信息以及越来越多拟南芥不同生态型的基因组重测序数据,为系统研究拟南芥不同生态型lincRNAs提供了可能。为了探索li ncRNAs的多态性和进化,以拟南芥不同生态型的lincRNAs为研究对象,运用生物信息学、分子进化和生物统计学方法,从拟南芥lincRNAs的SNP特征、多态性的熵、li ncRNAs的二级结构等角度,分析拟南芥不同lincRNAs家族的多态性和分子进化。研究结果表明:1.拟南芥lincRNAs不同家族的多态性分析结果。通过对拟南芥2708个lincRNAs家族进行多态性和SNP分析,识别了50887个SNPs,碱基替换类型大多为C-to-T、T-to-C和G-to-A。拟南芥不同lincRNAs家族的SNP数量变化很大,SNP密度分析结果表明,大部分拟南芥lincRNAs家族表现出比较高的多样性。从lincRNAs多态性熵的角度,对拟南芥lincRNAs不同家族的多样性进行了研究。结果表明,lincRNAs家族的熵值在0到0.09范围内。相关性检验结果表明熵值和linRNAs长度之间没有显著的相关性。另外,通过R统计分析,比较lincRNAs、 lincRNAs的启动子区以及上下游基因的多态性熵值,KS检验结果表明,lincRNAs与其他序列的MIH值有明显的统计学显著性,尤其是与上下游基因。2.多态性对不同生态型lincRNAs二级结构的影响。用RNAfold预测了lincRNAs家族成员在拟南芥不同生态型中的二级结构,结果表明不同生态型lincRNAs的多态性对结构产生不同程度的影响,SNP位点位置和数量的不同也会造成较大的差异。大部分lincRNAs产生能量变化,其变化范围从-9kcal/mol到6kcal/mol,例如多态性对拟南芥lincRNAs家族At3NC077300和At1NC029200的二级结构影响很大。3.多态性对lincRNAs是否可以作为miRNAs靶标的影响。通过对349miRNAs在2708个lincRNAs中的靶标预测,发现58个miRNAs在127个lincRNAs中有靶标,考虑到lincRNAs在80个不同生态型中的多态性,有92个lincRNAs家族在miRNAs的靶标预测中发生变化。说明多态性对作为miRNA靶标的拟南芥lincRNAs影响较大。4LincRNAs家族的进化分析结果。为了分析拟南芥lincRNAs家族的分子进化,本文对2708个lincRNAs家族进行分子进化的中性检验,包括Tajima’s D检验和Fay and Wu’s H检验。Tajima’s D检验表明,有555个lincRNAs家族显著地受到自然选择。Fu and Wu’sH检验结果表明,p值小于0.05的lincRNAs家族有542个,这些家族可能受到搭车效应的影响。靶标发生变化的92个lincRNAs家族中有25个显著受到选择。结论:拟南芥不同lincRNAs家族的多态性分析结果表明,拟南芥不同生态型的lincRNAs有较高的多样性,并且lincRNAs自身的多态性与其上下游基因的多态性明显不同。多态性对lincRNAs的二级结构会产生一定的影响,并且造成一些lincRNAs家族的结构发生不同程度的改变。同时,多态性还可以造成拟南芥92个lincRNAs家族与69个miRNAs之间的靶标关系发生变化,这为深入揭示miRNAs和lincRNAs之间的网络调控关系提供了参考。拟南芥lincRNAs的进化选择存在多种可能,一些lincRNAs受自然选择的影响。
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